CN109406938A - 一种自动充电设备插头接触状态检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动充电设备插头接触状态检测装置，包括：充电桩端MCU、继电器Ⅰ、电源Ⅰ、电源Ⅱ、接近开关、电压检测电路Ⅰ、充电桩端电极；机器人端组件包括机器人端MCU、继电器Ⅱ、蓄电池、电流检测电路、电压检测电路Ⅱ、机器人端电极；充电桩端MCU分别与接近开关、电压检测电路Ⅰ和继电器Ⅰ的线圈电连接，电源Ⅰ与继电器Ⅰ的常闭触点电连接，电源Ⅱ与继电器Ⅰ的常开触点电连接；充电桩端正电极与继电器Ⅰ的动触点和电压检测电路电连接；机器人端MCU分别与电流检测电路、电压检测电路Ⅱ和继电器Ⅱ的线圈电连接；电压检测电路Ⅱ与继电器Ⅱ的常闭触点电连接。本发明利用充电电极来充当通讯媒介，切实确定了充电电极的充分接触。

Description

一种自动充电设备插头接触状态检测装置

技术领域

本发明涉及机器人自动充电领域，尤其涉及一种自动充电设备插头接触状态检测装置。

背景技术

人工智能越来越发达，大到商用服务机器人，小到家用扫地机器人都已经实现了缺电时自动返回充电处进行自动充电的功能，不过现有的自动充电设备，机器人端的电极跟充电桩端的电极并无通信功能，充电接头是否接驳成功，一般是靠接近开关来判断，但是单独依靠接近开关判断机器人与充电桩是否接驳成功，存在较大的误差，有时接近开关已触发，但充电电极并未对接成功，造成机器人无法正常充电。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何准确的判断充电电极是否接驳成功。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种自动充电设备插头接触状态检测装置，包括：充电桩端组件和机器人端组件，

所述充电桩端组件包括充电桩端MCU、继电器Ⅰ、电源Ⅰ、电源Ⅱ、接近开关、电压检测电路Ⅰ、充电桩端电极；

所述充电桩端电极包括充电桩端正电极和充电桩端负电极；

所述机器人端组件包括机器人端MCU、继电器Ⅱ、蓄电池、电流检测电路、电源Ⅲ、电压检测电路Ⅱ、机器人端电极；

所述机器人端电极包括机器人端正电极、机器人端负电极；

所述充电桩端MCU分别与所述接近开关、电压检测电路Ⅰ和所述继电器Ⅰ的线圈电连接，所述电源Ⅰ与所述继电器Ⅰ的常闭触点电连接，所述电源Ⅱ与所述继电器Ⅰ的常开触点电连接；所述充电桩端正电极与所述继电器Ⅰ的动触点和所述电压检测电路电连接，所述充电桩端负电极接地；

所述电源Ⅰ为测试电源，所述电源Ⅱ为充电电源，所述电源Ⅰ的电压低于所述电源Ⅱ的电压。

所述充电桩端MCU根据所述接近开关的状态和所述电压检测电路Ⅰ检测到的电压值控制所述继电器Ⅰ的闭合或者开启；

所述机器人端MCU分别与所述电流检测电路、电压检测电路Ⅱ和所述继电器Ⅱ的线圈电连接；所述电流检测电路串联在所述机器人端正电极线路中，其一端连接所述机器人端正电极，另一端连接所述继电器Ⅱ的动触点；所述电压检测电路Ⅱ与所述继电器Ⅱ的常闭触点电连接；所述蓄电池的正极与所述继电器Ⅱ的常开触点电连接；所述电源Ⅲ为检测电源，与电压检测电路Ⅱ电连接，其电压低于所述电源Ⅰ的电压，用于机器人端检测充电线路是否存在短路现象。

所述机器人端MCU根据所述电流检测电路检测到的电流值和所述电压检测电路Ⅱ检测到的电压值控制所述继电器Ⅱ的闭合或者开启。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，还包括蜂鸣器Ⅰ，所述蜂鸣器Ⅰ与所述充电桩端MCU电连接。

优选地，还包括蜂鸣器Ⅱ，所述蜂鸣器Ⅱ与所述机器人端MCU电连接。

优选地，所述电源Ⅰ通过二极管和电阻电连接所述继电器Ⅰ的常闭触点。

优选地，所述充电桩端MCU为STM32F103C8T6，所述机器人端MCU为STM32F103C8T6

优选地，所述电源Ⅰ为限流电压源，所述电源Ⅲ为限流电压源。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

利用充电电极来充当通讯媒介，只有当充电电极充分接触才能完成通讯，将通讯协议转变为电极上的电压变化，从而完成充电桩与机器人主体的通讯，切实确定了充电电极的充分接触，避免了接触不良导致的无法充电现象。进一步的，还具有充电桩电极短路保护、报警功能和机器人端电极短路保护、报警功能，且在充电电源接入电极前以低压电进行短路检测，使充电装置具有更高的安全性。

附图说明

图1为本发明的自动充电设备插头接触状态检测装置的充电桩端结构示意图；

图2为本发明的自动充电设备插头接触状态检测装置的机器人端结构示意图；

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1——充电桩端MCU,

2——继电器Ⅰ，

3——电源Ⅰ，

4——电源Ⅱ，

5——接近开关，

6——电压检测电路Ⅰ，

7——充电桩端正电极，

8——充电桩端负电极，

9——蜂鸣器Ⅰ，

10——机器人端MCU,

11——继电器Ⅱ，

12——蓄电池，

13——电流检测电路，

14——电压检测电路Ⅱ，

15——机器人端正电极，

16——机器人端负电极，

17——蜂鸣器Ⅱ，

18——电源Ⅲ。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参照图1和图2所示，其为本发明的自动充电设备插头接触状态检测装置充电桩端的结构示意图和机器人端的结构示意图。所述自动充电设备插头接触状态检测装置包括：充电桩端组件和机器人端组件，

所述充电桩端组件包括充电桩端MCU 1、继电器Ⅰ2、电源Ⅰ3、电源Ⅱ4、接近开关5、电压检测电路Ⅰ6、充电桩端正电极7、充电桩端负电极8蜂鸣器Ⅰ9；

充电桩端MCU1为STM32F103C8T6，其GPIO_OUT1端电连接继电器Ⅰ2的线圈端；其GPIO_OUT2端电连接蜂鸣器Ⅰ9；

继电器Ⅰ2为CMP7-S-DC24V-C，其动触点电连接充电桩端正电极7；

电源Ⅰ3为检测电源，其电压为5V，通过二极管D1和电阻R1电连接所述继电器Ⅰ2的常闭触点；

电源Ⅱ4为充电电源，其电压为29.4V，连接继电器Ⅰ2的常开触点；

接近开关5为LTH-306-41P，电连接所述充电桩端MCU1的GP IO_I N端；

电压检测电路Ⅰ6为由R3和R5组成的分压电路；其中R3的一端连接充电桩端正电极，另一端分别连接R5的一端和充电桩端MCU的ADC_I N端，R5另一端接地；

所述充电桩端负电极8接地；

所述充电桩端MCU 1根据所述接近开关5的状态和所述电压检测电路Ⅰ6检测到的电压值控制所述继电器Ⅰ2的闭合或者开启。

所述机器人端组件包括机器人端MCU 10、继电器Ⅱ11、蓄电池12、电流检测电路13、电压检测电路Ⅱ14、机器人端正电极15、机器人端负电极16、蜂鸣器Ⅱ17、3.3V电源Ⅲ18。

所述机器人端MCU10为STM32F103C8T6，

继电器Ⅱ11为CMP7-S-DC24V-C，其线圈连接所述机器人端MCU10的GP IO_OUT1端；

蓄电池12为锂电池，其正极连接所述继电器Ⅱ11的常开触点；

电流检测电路13串联在机器人端正电极的充电线路中，其一端连接机器人端正电极15，另一端连接继电器Ⅱ11的动触点，输出端连接机器人端MCU 10的ADC_I N1端；

电压检测电路Ⅱ14为由R2和R4组成的分压电路，R2一端连接继电器

Ⅱ11的常闭触点，另一端分别连接R4的一端和机器人端MCU 10的ADC_I N2端，R4的另一端接地。

3.3V电源Ⅲ18经二极管D2和电阻R6连接继电器Ⅱ11的常闭触点；

机器人端负电极16与蓄电池12的负电极电连接。

蜂鸣器Ⅱ17电连接机器人端MCU 10的GP IO_OUT2端。

机器人端MCU 10根据所述电流检测电路13检测到的电流值和所述电压检测电路Ⅱ14检测到的电压值控制所述继电器Ⅱ11的闭合或者开启。

具体的检测步骤如下：

1、充电桩上电后，电源Ⅰ3(5V)经二极管D1、电阻R1、继电器Ⅰ2的常闭触点，对充电桩端正电极7输出5V电压；

2、当机器人与充电桩接驳成功后(此时只是接驳成功，不代表电极已经接触可靠)，接近开关5闭合，并将状态传送给充电桩端MCU 1的GPIO_IN端口；若电极接触可靠，机器人端MCU10的ADC_IN2端口通过电流检测模块13、继电器Ⅱ11的常闭触点、电阻R2、R4组成的电压检测电路Ⅱ14检测到5V电压，此时机器人端MCU 10判定机器人与充电桩接驳可靠，且构成充电回路；注意，此时二极管D2的正极接3.3V电源Ⅲ，负极接5V电源Ⅰ，故二极管D2处于反向截止状态，电源Ⅲ对于后续电路相当于开路。

3、机器人端MCU10通过机器人端MCU10的GPIO_OUT1端口控制继电器Ⅱ吸合，此时机器人端正电极15通过继电器Ⅱ的常开触点、电流检测模块13与蓄电池12的正极相连；

4、蓄电池12正极的19-29.4V的高电压通过充电桩端正电极7、电阻R3、电阻R5组成的电压检测电路Ⅰ6到达充电桩端MCU 1的ADC_IN端口；

5、充电桩端MCU 1检测到19-29.4V的高电压后，通过充电桩端MCU1的GPIO_OUT1端控制继电器Ⅰ2吸合，此时电源Ⅱ4通过继电器Ⅰ2的常开触点、充电桩端正电极7、机器人端正电极15、电流检测模块13、继电器Ⅱ11的常开触点到达蓄电池12，并经蓄电池12的负极、机器人端负电极、充电桩端负电极接地，形成完整的充电回路，实现对蓄电池12的充电；

6、当机器人离开充电桩时，接近开关5失效，充电桩端MCU1检测到接近开关失效后，通过充电桩端MCU1的GPIO_OUT1控制继电器Ⅰ2断开，此时充电桩端正电极7对外不再输出19-29.4V的高电压；

7、充电桩端正电极7不对外输出高电压，或充电桩端电极与机器人端电极分离，则机器人端MCU10通过电流检测模块13判断回路中的电流低于设定的阈值，比如低于正常充电电流的1/10，机器人端MCU10通过机器人端MCU10的GPIO_OUT1端控制继电器Ⅱ11断开，蓄电池12的正极与机器人端正电极15断开，机器人端正电极不再带电。

本发明还具有电极短路保护功能：

1、当充电桩待机过程中或接驳成功准备充电时，若电路正常，充电桩端MCU1的ADC_IN端可以通过电阻R3、电阻R5组成的电压检测电路Ⅰ6检测到5V电源Ⅰ3的电压；若充电桩端电极发生短路现象，则充电桩端MCU1的ADC_IN通过电阻R3、电阻R5组成的电压检测电路Ⅰ6检测到电压为0，从而确认电极短路，通过充电桩端MCU1的GPIO_OUT2控制蜂鸣器Ⅰ9发出警报，由于此时仅电源Ⅰ3接入电路中，而电源Ⅰ3为5V限流电源，且有R1进一步限流，故短路过程中无大电流流过，使得设备安全可靠；

2、当机器人未充电时，若电路正常，机器人端MCU 10的ADC_IN端可以通过电阻R2、电阻R4组成的电压检测电路Ⅰ6检测到3.3V电源Ⅲ18的电压；当机器人接驳成功准备充电时，若电路正常，机器人端MCU 10的ADC_IN端可以通过电阻R2、电阻R4组成的电压检测电路Ⅰ6检测到5V电源Ⅰ3的电压；上述两种情况下，若机器人端电极发生短路，机器人端MCU10的ADC_IN端通过电阻R2、电阻R4组成的电压检测电路Ⅱ14检测到电压为0，从而确认电极短路，通过机器人MCU的GPIO_OUT2蜂鸣器发出警报，且短路过程中无大电流流过，更加安全可靠；

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动充电设备插头接触状态检测装置，其特征在于，包括：充电桩端组件和机器人端组件，所述充电桩端组件包括充电桩端MCU、继电器Ⅰ、电源Ⅰ、电源Ⅱ、接近开关、电压检测电路Ⅰ、充电桩端正电极和充电桩端负电极；所述机器人端组件包括机器人端MCU、继电器Ⅱ、蓄电池、电流检测电路、电压检测电路Ⅱ、机器人端正电极、机器人端负电极；

所述充电桩端MCU分别与所述接近开关、电压检测电路Ⅰ和所述继电器Ⅰ的线圈电连接，所述电源Ⅰ与所述继电器Ⅰ的常闭触点电连接，所述电源Ⅱ与所述继电器Ⅰ的常开触点电连接；所述充电桩端正电极与所述继电器Ⅰ的动触点和所述电压检测电路电连接，所述充电桩端负电极接地；所述电源Ⅰ为测试电源，所述电源Ⅱ为充电电源，所述电源Ⅰ的电压低于所述电源Ⅱ的电压；所述充电桩端MCU根据所述接近开关的状态和所述电压检测电路Ⅰ检测到的电压值控制所述继电器Ⅰ的闭合或者开启；

所述机器人端MCU分别与所述电流检测电路、电压检测电路Ⅱ和所述继电器Ⅱ的线圈电连接；所述电流检测电路串联在所述机器人端正电极线路中，其一端连接所述机器人端正电极，另一端连接所述继电器Ⅱ的动触点；所述电压检测电路Ⅱ与所述继电器Ⅱ的常闭触点电连接；所述蓄电池的正极与所述继电器Ⅱ的常开触点电连接；所述机器人端MCU根据所述电流检测电路检测到的电流值和所述电压检测电路Ⅱ检测到的电压值控制所述继电器Ⅱ的闭合或者开启。

2.根据权利要求1所述的自动充电设备插头接触状态检测装置，其特征在于，所述机器人端组件还包括电源Ⅲ，所述电源Ⅲ与所述电压检测电路Ⅱ电连接，所述电源Ⅲ的电压低于所述电源Ⅰ的电压。

3.根据权利要求1或2所述的自动充电设备插头接触状态检测装置，其特征在于，还包括蜂鸣器Ⅰ，所述蜂鸣器Ⅰ与所述充电桩端MCU电连接。

4.根据权利要求2所述的自动充电设备插头接触状态检测装置，其特征在于，还包括蜂鸣器Ⅱ，所述蜂鸣器Ⅱ与所述机器人端MCU电连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的自动充电设备插头接触状态检测装置，其特征在于，所述电源Ⅰ通过二极管和电阻电连接所述继电器Ⅰ的常闭触点。

6.根据权利要求1-4任一项所述的自动充电设备插头接触状态检测装置，其特征在于，所述电源Ⅰ为限流电源。

7.根据权利要求2所述的自动充电设备插头接触状态检测装置，其特征在于，所述电源Ⅲ通过二极管和电阻电连接所述继电器Ⅱ的常闭触点。

8.根据权利要求2所述的自动充电设备插头接触状态检测装置，其特征在于，所述电源Ⅲ为限流电源。